Démonstration technique 60FPS Force Unleashed II de LucasArts
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Lors du récent SIGGRAPH 2010, le codeur de LucasArts Dmitry Andreev a présenté une démo technique assez remarquable basée sur le travail qu’il a effectué lors du développement de Star Wars : The Force Unleashed II. Dans une démonstration vidéo fonctionnant sur Xbox 360, il a montré que le jeu fonctionnait à 30 images par seconde par défaut, mais fonctionnait ensuite comme par magie à 60 images par seconde – sans aucun compromis graphique apparent à part la suppression du flou de mouvement.
C’est une démo que vous pouvez télécharger et voir par vous-même dès maintenant, soit en HD, soit dans un encodage def standard plus convivial pour la bande passante, avec la présentation originale d’Andreev également disponible pour visionnement. Deux vidéos AVI (nécessitant un décodeur h264) sont incluses dans le package : un prototype original, ainsi qu’une preuve de concept plus raffinée fonctionnant dans le moteur de jeu Star Wars : The Force Unleashed II.
Il est sûr de dire que c’est un travail impressionnant qui a généré beaucoup de discussions au sein de l’industrie des jeux.
D’une manière générale, il y a une raison pour laquelle la plupart des jeux sur console fonctionnent à 30 images par seconde au lieu de 60, ce qui est préférable : plus un développeur a de temps pour rendre une image, plus elle peut être complexe et riche. Mais que se passerait-il si un mélange de technologie intelligente et d’exploitation de la perception humaine pouvait être utilisé pour créer un moteur 30FPS qui regards comme s’il tournait à deux fois la vitesse ?
Andreev et ses collègues ont conçu un système qui donne une étrange illusion de vrai 60FPS et utilise moins de ressources système que son code de flou de mouvement existant. Remplacez le flou par l’upscaler de fréquence d’images et vous disposez effectivement de tous les avantages visuels de 60FPS “gratuitement”, car il n’est pas nécessaire d’exécuter un flou de mouvement multi-échantillons complet si votre jeu fonctionne déjà à 60FPS.
Andreev a d’abord eu l’idée de la technique en étudiant des téléviseurs 120 Hz qui interpolent deux images afin de produire une image intermédiaire, produisant une image plus fluide. Les filtres logiciels sur certains lecteurs multimédias (par exemple Trimension de Philips comme on le voit sur le lecteur WinDVD) ont également été pris en compte. Si cette approche pouvait être reproduite dans le moteur du jeu, un effet bien plus agréable que la plupart des algorithmes de flou de mouvement pourrait être produit. Les discussions après SIGGRAPH 2008 ont rapidement conduit au prototypage.
“Donc, dès que je suis rentré chez moi, j’ai commencé à jouer avec et peu de temps après, j’ai réalisé qu’il y avait beaucoup de problèmes”, révèle Andreev.
“Souvent les artefacts d’un genre différent, qui apparaissent dans des scènes plus ou moins complexes, ainsi que des problèmes de performances (c’est vraiment lent quand c’est fait correctement). Et pour mieux comprendre le problème, j’ai fait un prototype très simple et rapide à jouer avec.”
Star Wars: The Force Unleashed II s’annonce comme un titre de console à la pointe de la technologie utilisant un certain nombre de techniques de rendu uniquement viables sur un jeu 30FPS. Mais la technologie d’upscaler de fréquence d’images fonctionne bien pour le rendre aussi fluide qu’un 60FPS, et est en fait moins éprouvante pour les ressources système que le code de flou de mouvement qu’il remplace dans la démo.
Le prototype utilisait les mêmes techniques que les solutions disponibles, étudiant l’image pour des “vecteurs de mouvement” qui montraient comment les éléments de l’image se déplaceraient d’une image à l’autre. Le problème était qu’il ajoutait des artefacts évidents, car il n’y avait pas assez d’informations disponibles pour reconstruire l’image intermédiaire interpolée. De plus, la recherche des vecteurs de mouvement est incroyablement gourmande en CPU (d’où la raison pour laquelle un codage vidéo décent prend si longtemps).
Andreev s’est vite rendu compte que les éléments constitutifs du processus de rendu lui-même pouvaient être réutilisés et utilisés à la place.
“Nous savons déjà comment les choses évoluent car nous avons un contrôle total sur elles. De cette façon, nous n’avons pas besoin de faire d’estimation”, déclare Andreev.
“De plus, lorsque nous effectuons l’interpolation, nous pouvons gérer différentes choses différemment, selon le type de qualité dont nous sommes satisfaits. En plus de cela, nous pouvons utiliser différentes techniques d’interpolation pour différentes parties de l’image, telles que des couches de transparence. , des ombres, des reflets et même des personnages entiers.”
Mais pourquoi interpoler du tout? Après tout, il existe déjà des titres 60FPS assez impressionnants sur le marché. La raison en est que le passage à 30FPS plafonné met toute une gamme de nouvelles technologies de rendu à la portée des développeurs. L’éclairage différé à l’échelle de jeux comme Killzone 2, Blur et le prochain Need for Speed: Hot Pursuit ne peut vraiment fonctionner que sur console avec ce temps de rendu supplémentaire disponible. Cela rend également la vie beaucoup plus facile pour le processus de base de la création d’un jeu.
« Il n’est pas impossible de créer un jeu à 60 images par seconde, évidemment, mais cela nécessite un processus de production beaucoup plus strict pour l’art, la conception et l’ingénierie », partage Andreev.
“Il est juste de dire que dans de nombreux cas, pendant la pré-production, les studios essaient de voir ce qu’il faudrait pour faire un jeu à 60FPS. Ensuite, ils obtiennent quelque chose qui n’a pas l’air très joli lorsqu’il tourne à 60, réalisant que tout l’art doit être produit avec beaucoup de soin, ainsi que la conception des niveaux et du jeu.”
La version commerciale de The Force Unleashed II utilise 5 à 11 échantillons de flou de mouvement sur Xbox 360 (photo), tandis que le jeu PS3 utilise cinq SPU fonctionnant en parallèle pour fournir une implémentation cohérente de 16 échantillons.
Une solution pour rendre un titre solide à 30FPS plus fluide consiste à utiliser le flou de mouvement, et il y a eu quelques implémentations assez décentes qui rendent l’image beaucoup plus réaliste et plus fluide. Le flou de mouvement nécessite la génération d’un soi-disant tampon de vitesse, qui définit le mouvement. Cependant, plutôt que de l’utiliser pour créer le flou de mouvement, le tampon est réutilisé pour produire une image intermédiaire interpolée qui est dessinée à mi-chemin entre deux images.
“Rendez le tampon de vitesse comme nous le ferions pour le flou de mouvement. Construisez l’image du milieu. Et présentez-la au moment où elle était prévue”, explique Andreev.
“Notez qu’en cas de conversion de 30 à 60FPS, le cadre intérieur doit être présenté au milieu du cadre. C’est tout, ni plus, ni moins. Le reste est la mise en œuvre elle-même, ce qui est plutôt délicat.”
La clé est de réutiliser autant que possible le traitement disponible. Dans le cas de la démo d’Andreev, le tampon de profondeur et la carte de vitesse pour la prochaine image complète sont générés, mais directement après cela, à mi-chemin du traitement, ces données, combinées avec des éléments de la dernière image, sont utilisées pour interpoler l’image intermédiaire avant les calculs sur la trame réelle suivante se poursuivent.
On pourrait penser que cette technique entraînerait un décalage, mais comme l’image interpolée est générée à l’aide d’éléments de la prochaine image “réelle”, elle réduit en fait la latence. La technique d’Andreev est basée sur une seule image plutôt que sur deux images. Cette dernière approche nécessiterait de mettre en mémoire tampon deux images, ce qui a une grande surcharge de mémoire et de latence, tandis que la technique utilisée par Andreev interpole efficacement à la volée en utilisant des éléments de rendu passés et futurs.
“La solution la plus simple et la plus efficace consiste à effectuer l’interpolation sur place, pendant l’image actuelle, tandis que la précédente est à l’écran. De cette façon, le tampon avant précédent peut être mappé en tant que texture (sur Xbox 360) et utilisé pour l’interpolation directement », explique-t-il.
“En termes de latence, il se passe quelque chose d’intéressant. J’ai dit qu’il n’y avait pas de latence supplémentaire, ce qui est vrai. Mais si vous y réfléchissez, la latence est en fait réduite car nous obtenons le nouveau résultat visuel 16,6 ms plus tôt. Vous voyez le le résultat de vos actions plus tôt.”
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